হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইল সেলুলোজের সান্দ্রতা বৈশিষ্ট্য

হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ (HPMC)এটি একটি নন-আয়নিক, জলে দ্রবণীয় সেলুলোজ মিশ্রিত ইথার। দেখতে এটি সাদা থেকে সামান্য হলুদ গুঁড়া বা দানাদার পদার্থ, স্বাদহীন, গন্ধহীন, অ-বিষাক্ত, রাসায়নিকভাবে স্থিতিশীল এবং জলে দ্রবীভূত হয়ে একটি মসৃণ, স্বচ্ছ ও সান্দ্র দ্রবণ তৈরি করে। প্রয়োগের ক্ষেত্রে হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য হলো এটি তরলের সান্দ্রতা বৃদ্ধি করে। এই ঘন করার প্রভাব নির্ভর করে উৎপাদের পলিমারাইজেশনের মাত্রা (ডিপি), জলীয় দ্রবণে সেলুলোজ ইথারের ঘনত্ব, শিয়ার রেট, দ্রবণের তাপমাত্রা এবং অন্যান্য কারণের উপর।

01

HPMC জলীয় দ্রবণের তরল প্রকার

সাধারণত, শিয়ার প্রবাহে কোনো তরলের পীড়ন শুধুমাত্র শিয়ার হার ƒ(γ)-এর একটি ফাংশন হিসেবে প্রকাশ করা যায়, যতক্ষণ না এটি সময়-নির্ভরশীল হয়। ƒ(γ)-এর রূপের উপর নির্ভর করে তরলকে বিভিন্ন প্রকারে ভাগ করা যায়, যথা: নিউটনীয় তরল, প্রসারণশীল তরল, সিউডোপ্লাস্টিক তরল এবং বিংহাম প্লাস্টিক তরল।

সেলুলোজ ইথারকে দুটি শ্রেণীতে ভাগ করা হয়: একটি হলো নন-আয়নিক সেলুলোজ ইথার এবং অন্যটি আয়নিক সেলুলোজ ইথার। এই দুই ধরনের সেলুলোজ ইথারের প্রবাহবিদ্যা (রিওলজি) নিয়ে গবেষণা করার জন্য, এস সি নায়েক এবং অন্যান্যরা হাইড্রোক্সিইথাইল সেলুলোজ এবং সোডিয়াম কার্বোক্সিমিথাইল সেলুলোজ দ্রবণের উপর একটি ব্যাপক ও পদ্ধতিগত তুলনামূলক গবেষণা পরিচালনা করেন। গবেষণার ফলাফলে দেখা গেছে যে, নন-আয়নিক সেলুলোজ ইথার এবং আয়নিক সেলুলোজ ইথার উভয় দ্রবণই সিউডোপ্লাস্টিক প্রবাহ (অর্থাৎ নন-নিউটনীয় প্রবাহ) প্রদর্শন করে এবং শুধুমাত্র খুব কম ঘনত্বের ক্ষেত্রে নিউটনীয় তরলের কাছাকাছি পৌঁছায়। হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ দ্রবণের এই সিউডোপ্লাস্টিসিটি প্রয়োগের ক্ষেত্রে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। উদাহরণস্বরূপ, যখন এটি কোটিং-এ প্রয়োগ করা হয়, তখন জলীয় দ্রবণের শিয়ার থিনিং বৈশিষ্ট্যের কারণে শিয়ার রেট বাড়ার সাথে সাথে দ্রবণের সান্দ্রতা হ্রাস পায়, যা পিগমেন্ট কণার সুষম বিস্তারে সহায়ক এবং কোটিং-এর তরলতাও বৃদ্ধি করে। এর প্রভাব অত্যন্ত ব্যাপক; অন্যদিকে, স্থির অবস্থায় দ্রবণের সান্দ্রতা তুলনামূলকভাবে বেশি থাকে, যা কোটিং-এর মধ্যে পিগমেন্ট কণার জমাট বাঁধা কার্যকরভাবে প্রতিরোধ করে।

02

HPMC সান্দ্রতা পরীক্ষা পদ্ধতি

হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের ঘন করার প্রভাব পরিমাপের একটি গুরুত্বপূর্ণ সূচক হলো জলীয় দ্রবণের আপাত সান্দ্রতা। আপাত সান্দ্রতা পরিমাপের পদ্ধতিগুলোর মধ্যে সাধারণত কৈশিক সান্দ্রতা পদ্ধতি, ঘূর্ণন সান্দ্রতা পদ্ধতি এবং পতনশীল বল সান্দ্রতা পদ্ধতি অন্তর্ভুক্ত থাকে।

যেখানে: ρ হলো আপাত সান্দ্রতা, mPa s; K হলো ভিসকোমিটার ধ্রুবক; d হলো 20/20°C তাপমাত্রায় দ্রবণ নমুনার ঘনত্ব; t হলো ভিসকোমিটারের উপরের অংশ অতিক্রম করে দ্রবণটির নিচের দাগ পর্যন্ত যেতে লাগা সময়, s; যে সময়ে প্রমাণ তেল ভিসকোমিটারের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, তা পরিমাপ করা হয়।

তবে, কৈশিক ভিসকোমিটার দিয়ে পরিমাপ করার পদ্ধতিটি অধিক কষ্টসাধ্য। অনেক কিছুর সান্দ্রতাসেলুলোজ ইথারক্যাপিলারি ভিসকোমিটার ব্যবহার করে এগুলি বিশ্লেষণ করা কঠিন, কারণ এই দ্রবণগুলিতে অতি সামান্য পরিমাণে অদ্রবণীয় পদার্থ থাকে যা কেবল তখনই শনাক্ত করা যায় যখন ক্যাপিলারি ভিসকোমিটারটি বন্ধ করা হয়। তাই, বেশিরভাগ প্রস্তুতকারক হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের গুণমান নিয়ন্ত্রণের জন্য রোটেশনাল ভিসকোমিটার ব্যবহার করে। বিদেশে সাধারণত ব্রুকফিল্ড ভিসকোমিটার এবং চীনে এনডিজে ভিসকোমিটার ব্যবহৃত হয়।

03

HPMC সান্দ্রতার প্রভাবকসমূহ

৩.১ একত্রীকরণের মাত্রার সাথে সম্পর্ক

অন্যান্য পরামিতি অপরিবর্তিত থাকলে, হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ দ্রবণের সান্দ্রতা পলিমারাইজেশনের মাত্রা (ডিপি), আণবিক ওজন বা আণবিক শৃঙ্খলের দৈর্ঘ্যের সমানুপাতিক এবং পলিমারাইজেশনের মাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে এটি বৃদ্ধি পায়। উচ্চ পলিমারাইজেশন মাত্রার তুলনায় নিম্ন পলিমারাইজেশন মাত্রার ক্ষেত্রে এই প্রভাবটি অধিক সুস্পষ্ট।

৩.২ সান্দ্রতা ও ঘনত্বের মধ্যে সম্পর্ক

জলীয় দ্রবণে উৎপাদের ঘনত্ব বৃদ্ধির সাথে সাথে হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের সান্দ্রতা বৃদ্ধি পায়। এমনকি ঘনত্বের সামান্য পরিবর্তনও সান্দ্রতার ব্যাপক পরিবর্তন ঘটায়। হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের নামমাত্র সান্দ্রতার ক্ষেত্রে, দ্রবণের সান্দ্রতার উপর ঘনত্বের পরিবর্তনের প্রভাব ক্রমশ আরও সুস্পষ্ট হয়ে ওঠে।

৩.৩ সান্দ্রতা এবং শিয়ার হারের মধ্যে সম্পর্ক

হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের জলীয় দ্রবণের শিয়ার থিনিং (shear thinning) বৈশিষ্ট্য রয়েছে। বিভিন্ন নামমাত্র সান্দ্রতার (nominal viscosity) হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজকে ২% জলীয় দ্রবণে প্রস্তুত করা হয় এবং বিভিন্ন শিয়ার হারে এর সান্দ্রতা যথাক্রমে পরিমাপ করা হয়। ফলাফলগুলো চিত্রে দেখানো হলো। কম শিয়ার হারে, হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ দ্রবণের সান্দ্রতার উল্লেখযোগ্য কোনো পরিবর্তন হয়নি। শিয়ার হার বৃদ্ধির সাথে সাথে, উচ্চ নামমাত্র সান্দ্রতার হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ দ্রবণের সান্দ্রতা আরও স্পষ্টভাবে হ্রাস পেয়েছে, যেখানে কম সান্দ্রতার দ্রবণের ক্ষেত্রে তা স্পষ্টভাবে হ্রাস পায়নি।

৩.৪ সান্দ্রতা ও তাপমাত্রার মধ্যে সম্পর্ক

হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ দ্রবণের সান্দ্রতা তাপমাত্রার দ্বারা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়। তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে দ্রবণটির সান্দ্রতা হ্রাস পায়। চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে, এটিকে ২% ঘনত্বের একটি জলীয় দ্রবণে প্রস্তুত করা হয় এবং তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে এর সান্দ্রতার পরিবর্তন পরিমাপ করা হয়।

৩.৫ অন্যান্য প্রভাবকসমূহ

হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের জলীয় দ্রবণের সান্দ্রতা দ্রবণে থাকা সংযোজক, দ্রবণের pH মান এবং অণুজীব দ্বারা অবক্ষয়ের দ্বারাও প্রভাবিত হয়। সাধারণত, উন্নততর সান্দ্রতা কর্মক্ষমতা অর্জন করতে বা ব্যবহারের খরচ কমাতে, হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের জলীয় দ্রবণে রিয়োলজি মডিফায়ার, যেমন—কাদামাটি, পরিবর্তিত কাদামাটি, পলিমার পাউডার, স্টার্চ ইথার এবং অ্যালিফ্যাটিক কোপলিমার যোগ করা প্রয়োজন হয়। এছাড়াও, ক্লোরাইড, ব্রোমাইড, ফসফেট, নাইট্রেট ইত্যাদির মতো ইলেক্ট্রোলাইটও জলীয় দ্রবণে যোগ করা যেতে পারে। এই সংযোজকগুলো কেবল জলীয় দ্রবণের সান্দ্রতার বৈশিষ্ট্যকেই প্রভাবিত করে না, বরং হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের অন্যান্য প্রয়োগ বৈশিষ্ট্য, যেমন—জল ধারণ ক্ষমতা, ঝুলে পড়া প্রতিরোধ ক্ষমতা ইত্যাদিকেও প্রভাবিত করে।

হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের জলীয় দ্রবণের সান্দ্রতা অ্যাসিড এবং ক্ষার দ্বারা প্রায় প্রভাবিত হয় না এবং সাধারণত ৩ থেকে ১১ এর পরিসরে স্থিতিশীল থাকে। এটি নির্দিষ্ট পরিমাণ দুর্বল অ্যাসিড, যেমন ফরমিক অ্যাসিড, অ্যাসিটিক অ্যাসিড, ফসফরিক অ্যাসিড, বোরিক অ্যাসিড, সাইট্রিক অ্যাসিড ইত্যাদি সহ্য করতে পারে। তবে, গাঢ় অ্যাসিড এর সান্দ্রতা কমিয়ে দেয়। কিন্তু কস্টিক সোডা, পটাশিয়াম হাইড্রোক্সাইড, চুন জল ইত্যাদির এর উপর তেমন কোনো প্রভাব নেই। অন্যান্য সেলুলোজ ইথারের তুলনায়,হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজজলীয় দ্রবণের জীবাণু-প্রতিরোধী স্থিতিশীলতা ভালো, এর প্রধান কারণ হলো হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজে উচ্চ মাত্রার প্রতিস্থাপন এবং স্টেরিক প্রতিবন্ধকতাযুক্ত হাইড্রোফোবিক গ্রুপ থাকে। তবে, যেহেতু প্রতিস্থাপন বিক্রিয়া সাধারণত একরূপ হয় না, তাই অপ্রতিস্থাপিত অ্যানহাইড্রোগ্লুকোজ এককটি অণুজীব দ্বারা সবচেয়ে সহজে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, যার ফলে সেলুলোজ ইথার অণুর অবক্ষয় এবং শৃঙ্খল বিভাজন ঘটে। এর ফলে জলীয় দ্রবণের আপাত সান্দ্রতা কমে যায়। যদি হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজের জলীয় দ্রবণ দীর্ঘ সময়ের জন্য সংরক্ষণ করার প্রয়োজন হয়, তবে সামান্য পরিমাণে ছত্রাক-প্রতিরোধী উপাদান যোগ করার পরামর্শ দেওয়া হয়, যাতে সান্দ্রতা উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত না হয়। ছত্রাক-প্রতিরোধী উপাদান, প্রিজারভেটিভ বা ছত্রাকনাশক বেছে নেওয়ার সময়, সুরক্ষার দিকে মনোযোগ দেওয়া উচিত এবং এমন পণ্য বেছে নেওয়া উচিত যা মানবদেহের জন্য বিষাক্ত নয়, যার বৈশিষ্ট্য স্থিতিশীল এবং যা গন্ধহীন, যেমন ডাও কেমের অ্যামিকাল ছত্রাকনাশক, ক্যানগার্ড৬৪ প্রিজারভেটিভ, ফুয়েলসেভার ব্যাকটেরিয়ানাশক এবং অন্যান্য পণ্য যা যথাযথ ভূমিকা পালন করতে পারে।